[实用新型]多功能光量子计算机教学系统

说明书

本实用新型提供了一种多功能光量子计算机教学系统，所述教学系统包括光量子计算机设备和光量子计算软件操作系统；其中，所述光量子计算软件操作系统包括光量子计算机设备连接图、控制非门操纵界面、Deutsch‑Jozsa算法运行界面；所述光量子计算机设备包括激光、非线性晶体、线性光学器件、光量子计算处理器和量子态测量系统；其中，所述光量子计算处理器和所述量子态测量系统通过所述光量子计算机设备连接图进行连接；所述光量子计算处理器包括量子光源、单比特量子门和控制非门。

技术领域

本实用新型涉及量子信息技术领域，具体涉及一种多功能光量子计算机教学系统，适用于量子计算、教学试验等应用领域。

背景技术

量子计算机可以利用物理状态的叠加和纠缠，相比于传统计算机，在大数分解等问题上可以进行指数的加速。量子计算自从上世纪80年代提出以来，世界各国的科学家纷纷在这一方向开展了研究。近年来，不仅仅在科研领域，各种大型的科技公司对量子计算研究的投资也有所增加。在2019年和2020年，美国和中国的科学家相继在超导量子计算机系统和光学量子计算机系统上实现了超越经典计算机运算能力的量子模拟机，这也使得在量子计算机的研究方面，竞争更加激烈。

目前，量子计算的发展还处于初级阶段，量子计算的研究主要集中于超导、光学、离子阱等系统，研究所用的设备昂贵，研究人员的技术要求高，人员短缺。同时，各高校的量子计算课程还处于理论学习阶段，量子计算实验教学不成熟，缺少相应的专业设备。为了更好的进行量子计算的教学和人才培养，吸引更多的人才进行量子计算的研究，急需研制相应的量子计算教学设备。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种多功能光量子计算机教学系统，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本实用新型的一方面，提供了一种多功能光量子计算机教学系统，所述教学系统包括光量子计算机设备和光量子计算软件操作系统；其中，

所述光量子计算软件操作系统包括光量子计算机设备连接图、控制非门操纵界面、Deutsch-Jozsa算法运行界面；

所述光量子计算机设备包括激光、非线性晶体、线性光学器件、光量子计算处理器和量子态测量系统；其中，所述光量子计算处理器和所述量子态测量系统通过所述光量子计算机设备连接图进行连接；所述光量子计算处理器包括量子光源、单比特量子门和控制非门。

可选的，所述量子光源包括激光器，用于产生波长范围为300nm-450nm的初始泵浦光；所述激光器为连续激光器或脉冲激光器，半高宽范围为0.01-10nm。

可选的，所述量子光源还包括聚焦透镜，用于将泵浦光聚焦于非线性晶体上产生双光子对；所述非线性晶体包括0型相位匹配晶体、I型相位匹配和II型相位匹配晶体。

可选的，所述量子光源为两路触发单光子源。

可选的，所述光量子计算处理器还包括半波片和部分极化分束器，用于对光子的极化进行旋转以及路径分离。

可选的，所述控制非门用于将两个独立的光子纠缠起来。

可选的，所述量子态测量系统包括半波片、四分之一波片、极化分束器和单光子探测器，用于对光子的极化状态进行层析测量。

可选的，所述控制非门操纵界面，通过编码两路光子的极化状态，同时测量计算结果，最后输出不同基矢下的逻辑真值表。

可选的，所述控制非门操纵界面，通过编码两路光子的极化状态，经过控制非门形成两光子四种最大纠缠态，并检验纠缠保真度和爱因斯坦非定域性不等式。

可选的，所述Deutsch-Jozsa算法界面，包括四种函数的量子计算线路图、编码和探测方法、量子态分析和计算结果。